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公開番号2025106786
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-16
出願番号2024158711
出願日2024-09-13
発明の名称シールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法
出願人蘇州大学,Soochow University,蘇州軌道交通建設有限公司,Suzhou Rail Transit Construction Co.,Ltd,中鉄十局集団城市軌道交通工程有限公司,China Railway Tenth Bureau Group Urban Rail Transit Engineering Co.,Ltd,中鉄十局集団有限公司,China Railway ten bureaus group Co., Ltd.,蘇州軌道交通科技創新研究院有限公司,Suzhou Rail Transit Technology Innovation Research Institute Co.,Ltd
代理人弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
主分類E21D 9/06 20060101AFI20250709BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【解決手段】既存の駅の床下の土壌に対して、MJS空洞充填補強を行うことと、解析から取得したホブカッターデータを使用して、必要なカッターヘッドを設定し、空気中で切削するシールドマシンの掘進パラメータに従って、地層中で切削するシールドマシンの掘進パラメータを設定することと、同期グラウト注入と二次グラウト注入に加えて、地中連続壁を切削する際に二次グラウト注入の施工を行い、駅のバラスト道床の垂直変位、駅の側壁の垂直変位と水平変位、トンネルヴォールトの垂直変位を観測し、プッシュ速度とサイロ圧力をリアルタイムで調整することと、新しく建てられた駅の受入シャフトのドアから10リング範囲内のセグメントに対して二次グラウト注入の施工を行うことと、シールドマシンが通り抜けた後、多孔質セグメントのグラウト注入穴から注入を行うこととを含む工法。
【効果】人的資源を節約でき、上部既存の駅の構造の安全性も確保できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＭＪＳ垂直隔離杭を、新しく建てられた駅の地中連続壁と既存の駅の２番目の地中連続壁との間に注入し、水平ＭＪＳ補強施工のパラメータを確定し、水平ＭＪＳ補強施工のパラメータによって、新しく建てられた駅の受入シャフトの位置から、既存の駅の床下の土壌に対して、ＭＪＳ空洞充填補強を行うステップ（１）と、
有限要素シミュレーションソフトウェアを用いて、鉄筋コンクリートを切削するホブカッターの数値をシミュレーションし、ホブカッターの最適なカッター間隔と最適な貫通度を取得し、解析から取得したホブカッターのデータを用いて、必要なカッターヘッドを配置するステップ（２）と、
配置されたカッターヘッドを用いて、シールドマシンによる鉄筋コンクリートの空気中での切削試験を行い、空気中で切削するときのシールドマシンの掘進パラメータを取得し、空気中で切削するときのシールドマシンのトルクがシールドマシンの定格出力を占める比率をそれぞれ確定し、シールドマシンが空気中で切削するときのシールドマシンの掘進パラメータによって、地層切削ときのシールドマシンの掘進パラメータを設定し、最大総推力とトルクを、定格出力の３０％以内に制御させるステップ（３）と、
シールドマシンは、地層掘削中に同期グラウトを行い、掘削中、最初リングセグメントの上部位置または空隙がある位置に対して二次グラウト注入を行い、シールドカッターヘッドが最初の地中連続壁に到達する前に、シールドトンネルの後ろの５～７リングに対して二次グラウト注入の施工を行い、即ち、最初リング内のすべてのセグメントに対して二次グラウト注入を行い、既存の駅の下を通り抜ける過程中のセグメントは、深く埋められた超深グラウト注入穴を備えた多孔質セグメントを採用し、シールドマシンのカッターヘッドが２番目の地中連続壁に達すると、シールドテールの後ろの８～１０リングのセグメントに対して二次グラウト注入の施工を行うステップ（４）と、
シールドマシンが既存の駅を切削して通り抜ける過程中、駅のバラスト道床の垂直変位、駅の側壁の垂直変位と水平変位、およびトンネルヴォールトの垂直変位を観測し、観測によるデータをシールドユニットにフィードバックし、プッシュ速度とサイロ圧力をリアルタイムで調整することによって、バラスト道床の垂直変位、駅の側壁の垂直変位と水平変位、およびトンネルヴォールトの垂直変位を設定値以内に維持するステップ（５）と、
シールドマシンは、新しく建てられた駅の受入シャフトのドアから１０リング範囲内のセグメントに対して二次グラウト注入の施工を行い、施工完成後、土壌サイロ内の土が空に排出され、土圧が通常の圧力に下がるステップ（６）と、
シールドマシンが通り抜けた後、既存の駅の範囲内を通り抜けた多孔質セグメントに対して、多孔質セグメントに備えた深く埋められた超深グラウト注入穴の穴周囲から２～３ｍ以内で深穴グラウト注入を行うステップ（７）と、を含むことを特徴とする、シールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
続きを表示（約 3,000 文字）【請求項２】
前記ステップ（１）における前記水平ＭＪＳ補強施工のパラメータは、セメントスラリーの水セメント比、セメントスラリーの圧力、セメントスラリーの流量、主空気圧力、主空気流量、セメントスラリー添加剤、水吸い上げ圧力、引抜き速度、ステッピング時間、回転速度、地中圧力係数と地中圧力の比率、予測セメント混合量、スラリー流量と軸偏差が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項３】
前記ステップ（２）において、シミュレーションを通して、ホブカッターの最適なカッター間隔と最適な貫通度を取得するための具体的なシミュレーション方法は、
（２．１）２つのホブカッターと鉄筋コンクリートの有限要素解析モデルを確立し、有限要素解析モデルに対してメッシュ化を行うことと、
（２．２）コンクリート、鉄筋とホブカッターに材料特性を与えることと、
（２．３）カッター間隔と貫通度を独立変数として設定し、コンクリート等価応力分布、カッターの転がり力、および垂直方向の力を指標として、ホブカッターが鉄筋コンクリートを切削する能力をシミュレーションし、したがって、最適なカッター間隔と最適な貫通度を取得し、ここで、ホブカッターの転がり力と垂直方向の力が設定値未満である場合、ホブカッターの転がり力のピーク値と平均値との比率、および、ホブカッターの垂直方向の力のピーク値と平均値との比率は、いずれも設定値未満であり、コンクリート等価応力分布は、最適な応力範囲を選択する場合、ホブカッター間隔とホブカッター貫通力は最適であることと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項４】
前記ステップ（２）におけるカッターヘッドはメインビーム４本＋セカンダリビーム４本の複合カッターヘッド構造であり、複合カッターヘッド構造には、２９個のフロントホブカッター、１３個のエッジホブカッター、４０個のフロントスクレーパー、８個のエッジスクレーパー、６個のフォーム口、および２個のベントナイト口が、アルキメデススパイラルに沿って装備されており、ここで、２１個のフロントホブカッターは片面で設置され、８個のフロントホブカッターは、４つのセンターデュプレックスディスクホブカッターを形成するように対称的に配置され、カッターヘッドの開口率は４０％であり、６個の独立したフォームノズルを採用し、そのうち、２つのフォームノズルはベントナイトノズルとされてもよく、ブレードとスパイラルシャフトの表面に耐摩耗層を溶接することによって、空隙を６ｍｍに短縮させることを特徴とする、請求項３に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項５】
前記ステップ（３）におけるシールドマシンが空気中で切削するときのシールドマシンの掘進パラメータは、プッシュ速度を２～４ｍｍ／ｍｉｎ、回転速度を０．６～１．０ｒｐｍに設定すると、シールドトンネルの最大総推力は４４９３．８ｋＮであり、シールドトンネルの最大トルクは１１５５．８ｋＮ・ｍであり、シールドトンネルの最大総推力はシールドマシンの定格出力の１０．３％を占め、シールドトンネルの最大トルクはシールドマシンの定格出力の１５．２％を占めるものであることを特徴とする、請求項１に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項６】
前記ステップ（３）において、シールドマシンの地層切削ときの掘進パラメータは、具体的には、最初の地中連続壁から５ｃｍ以内にあるときにシールドマシンを起動し、プッシュ速度を２～４ｍｍ／ｍｉｎ範囲内に制御し、回転速度を０．８～１．０ｒｐｍに設定し、シールドマシンが地層中にあるとき、推力を１００００～１３０００ｋＮに制御し、トルクを８００～１０００ｋＮ・ｍに制御し、その最大推力とトルクを、定格出力の３０％以内に制御し、１回の偏差補正量≦２ｍｍ、各リングの総量≦５ｍｍ、シールドマシンが壁体を切削する際、ゲートの開口率を制御して安定させ、サイロ圧力を１．６ｂａｒ～１．８ｂａｒに保持し、スクリューのトルクを４０～５０ｋＮ・ｍに制御するものであることを特徴とする、請求項５に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項７】
前記ステップ（４）における二次グラウト注入の施工は、具体的に、グラウト注入開始時間は、セグメントがシールドテール５リングから脱出した後にグラウトを注入することができ、各リングのグラウト注入穴は交替で注入を行い、各穴の注入量は０．５～１ｍ
３
／穴であり、スラリー流量を１０～１５Ｌ／ｍｉｎに制御し、グラウト注入圧力は０．３ＭＰａ～０．４ＭＰａであるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項８】
前記ステップ（４）において、シールドカッターヘッドが２番目の地中連続壁を通り抜けてＭＪＳ垂直隔離杭に達するとき、新しく建てられた駅の受入シャフトの位置から、３番目の地中連続壁の一定厚さの鉄筋コンクリートを削り取って除去し、その後、新しく建てられた駅の受入シャフトのドアにスチールスリーブを取り付け、シールドマシンがスチールスリーブに入れるように、その内部に土の埋め戻しを行うことを特徴とする、請求項１に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項９】
前記ステップ（６）において、二次グラウト注入の施工は、具体的に、各リングの各穴に対してグラウト注入を行う必要があり、各穴のグラウト注入圧力を０．２～０．４ｍＰａに制御し、各穴のグラウト注入量を０．５～１ｍ
３
／穴にし、１つのリングの構築が終わった後すぐグラウト注入で塞がれるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。
【請求項１０】
前記ステップ（７）において、深穴グラウト注入は、具体的に、内部的には、水で１：３に希釈された水ガラスと、水とセメントの比率が１：１にされるセメントスラリーとを採用し、深穴グラウト注入率が２０％～３０％にされ、グラウト注入過程中、トンネルのグラウト注入位置の前後１０リングに対して、洞内の沈降とコンバージェンス計測をリアルタイムで実施し、計測の指標は、１回の洞内沈降およびコンバージェンスの変化量は±１ｍｍ以下であり、そうでない場合、グラウト注入を止め、グラウト注入の圧力が対応する地層の土圧の５０ｋＰａ以下にされるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載のシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はシールドトンネル技術の分野に関し、特にシールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
地下鉄の路線網は交差しており、地下鉄新路線を建てることには、既存の地下鉄駅の保護構造としての鉄筋コンクリート地中連続壁の障害物に遭遇することは不可避であり、該状況を回避するために、路線の計画では、シールドトンネル区間の範囲内の鉄筋コンクリートを、シールドトンネルによる直接切削に便利な予備のグラスファイバリブ補強壁に替えて建造する。交通誘導の関係で、シールドトンネルが既存の駅の下を通り抜ける際には予備の要件がないため、シールドトンネルには、グラスファイバリブではなく、鉄筋コンクリート地中連続壁を直接切削する必要があり、かつ、シールドトンネルと既存の駅の構造との間の正味距離は非常に近く、上部の既存の構造に対する安全管理の要件は厳格であり、路線網の密集により、この状況は今後ますます多くなる。
【０００３】
現在、従来の方法は、水平凍結や、グラウト注入などの方式で補強し、その後、地中連続壁を手動で削り取って除去する方法であり、それは、コストが高く、建設期間が長く、リスクが高く、また、中国の国内では、鉄筋コンクリート地中連続壁を直接切削するシールドトンネル工法は滅多になく、それらのほとんどは、既存の駅の下を通り抜けるか、或いは、シールド工法で掘進しながら杭基礎障害物を切削するための発明であり、例えば、既存の発明特許ＣＮ１１２９８３４４１Ａは、監視の観点から、既存の地下鉄路線を横方向で貫通するときの安全問題を解決するだけで、鉄筋コンクリートの障害物の問題を解決できず、発明ＣＮ１０３６７０４２８Ａにおけるカッターヘッドの配置は、橋梁杭をスムーズに切削でき、ＣＮ１１４９９１７９０ＡとＣＮ１１２９８３４４６Ａは、駅の杭基礎をスムーズに近距離で切削できるが、鉄筋コンクリートの体積が杭基礎よりもはるかに大きい地中連続壁の保護構造の場合、そのカッターヘッドのトルクは定格出力の６０％以内にしか制御できず、鉄筋コンクリートが杭基礎よりもはるかに大きい地中連続壁の保護構造に対して、カッターヘッドのトルクが大きすぎたり、カッターが過度に損傷されたり、長すぎる鉄筋がスクリューを詰まらせるというリスクが存在する。発明特許ＣＮ１１６７７１３６３Ａは、単幅鉄筋コンクリート地中連続壁の切削工法を提供したが、残りの地中連続壁はやはり手動で削り取る必要があり、そのカッターヘッドの配置は鉄筋コンクリートの地中連続壁を連続的に切削して貫通できず、安全上のリスクが存在する。
【０００４】
そのため、上記問題は早急な対応が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
発明の目的：本発明の目的は、人的資源を節約し、かつ上部既存の駅の構造の安全性を確保する、シールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法を提供することである。
【０００６】
技術的解決手段：以上の目的を実現するように、本発明は、シールドトンネルにおける鉄筋コンクリート地中連続壁を連続切削して通り抜けるための工法を開示し、
ＭＪＳ垂直隔離杭を、新しく建てられた駅の地中連続壁と既存の駅の２番目の地中連続壁との間に注入し、水平ＭＪＳ補強施工のパラメータを確定し、水平ＭＪＳ補強施工のパラメータによって、新しく建てられた駅の受入シャフトの位置から、既存の駅の床下の土壌に対して、ＭＪＳ空洞充填補強を行うステップ（１）と、
有限要素シミュレーションソフトウェアを用いて、鉄筋コンクリートを切削するホブカッターの数値をシミュレーションし、ホブカッターの最適なカッター間隔と最適な貫通度を取得し、解析から取得したホブカッターのデータを用いて、必要なカッターヘッドを配置するステップ（２）と、
配置されたカッターヘッドを用いて、シールドマシンによる鉄筋コンクリートの空気中での切削試験を行い、空気中で切削するときのシールドマシンの掘進パラメータを取得し、空気中で切削するときのシールドマシンのトルクがシールドマシンの定格出力を占める比率をそれぞれ確定し、シールドマシンが空気中で切削するときのシールドマシンの掘進パラメータによって、地層切削ときのシールドマシンの掘進パラメータを設定し、最大総推力とトルクを、定格出力の３０％以内に制御させるステップ（３）と、
シールドマシンは、地層掘削中に同期グラウト注入を行い、掘削中、二次グラウト注入は、最初リングセグメントの上部位置または空隙がある位置に対して二次グラウト注入を行い、シールドカッターヘッドが最初の地中連続壁に到達する前に、シールドトンネルの後ろの５～７リングに対して二次グラウト注入の施工を行い、即ち、最初リング内のすべてのセグメントに対して二次グラウト注入を行い、既存の駅の下を通り抜ける過程中のセグメントは、深く埋められた超深グラウト注入穴を備えた多孔質セグメントを採用し、シールドマシンのカッターヘッドが２番目の地中連続壁に達すると、シールドテールの後ろの８～１０リングのセグメントに対して二次グラウト注入の施工を行うステップ（４）と、
シールドマシンが既存の駅を切削して通り抜ける過程中、駅のバラスト道床の垂直変位、駅の側壁の垂直変位と水平変位、およびトンネルヴォールトの垂直変位を観測し、観測によるデータをシールドユニットにフィードバックし、プッシュ速度とサイロ圧力をリアルタイムで調整することによって、既存の駅のバラスト道床の垂直変位、駅の側壁の垂直変位と水平変位、およびトンネルヴォールトの垂直変位を設定値以内に維持するステップ（５）と、
シールドマシンは、新しく建てられた駅の受入シャフトのドアから１０リング範囲内のセグメントに対して二次グラウト注入の施工を行い、施工完成後、土壌サイロ内の残渣土壌が空に排出され、土圧が通常の圧力に下がるステップ（６）と、
シールドマシンが通り抜けた後、既存の駅の範囲内を通り抜けた多孔質セグメントに対して、多孔質セグメントに備えた深く埋められた超深グラウト穴の穴周囲から２～３ｍ以内で深穴グラウト注入を行うステップ（７）と、を含む。
【０００７】
ここで、前記ステップ（１）において、前記水平ＭＪＳ補強施工パラメータは、セメントスラリーの水セメント比、セメントスラリーの圧力、セメントスラリーの流量、主空気圧力、主空気流量、セメントスラリー添加剤、水吸い上げ圧力、引抜き速度、ステッピング時間、回転速度、地中圧力係数と地中圧力の比率、予測セメント混合量、スラリー流量と軸偏差が含まれる。
【０００８】
好ましくは、前記ステップ（２）において、シミュレーションによってホブカッターの最適なカッター間隔と最適な貫通度を取得する具体的なシミュレーション方法は以下のとおりである。
【０００９】
（２．１）２つのホブカッターと鉄筋コンクリートの有限要素解析モデルを確立し、有限要素解析モデルに対してメッシュ化を行う。
【００１０】
（２．２）コンクリート、鉄筋とホブカッターに材料特性を与える。
（【００１１】以降は省略されています）

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